基于RFID倉庫管理系統的設計與實現

梁永湖，章金標

（桂林長海發展有限責任公司，廣西 桂林 541001）

0 引 言

目前，傳統倉儲貨物管理主要采用手工管理方式，貨物的入庫、在庫及出庫等信息通過手工記錄管理，過程繁瑣，極易出現差錯，且對管理貨物的位置信息也難以實時更新[1]。隨著 RFID 技術的成熟，越來越多的人開始研究基于RFID 技術的倉儲管理系統（Warehouse Management System， WMS）[2]。

RFID（Radio Frequency Identification，RFID）技術，又稱無線射頻，是一種利用射頻通信技術實現的非接觸式自動識別技術[3]。它具有非接觸、作用距離長、快速掃描、容量大、可重復使用、精確定位等優點，在倉庫管理系統中得到越來越多的推廣與應用[4,5]。

1 系統組成和功能

基于RFID技術的倉庫管理系統，可自動采集倉庫到貨檢驗、入庫、出庫、借用、歸還、庫存盤點等數據，保證倉庫管理各環節數據輸入的速度與準確性，確保用戶及時準確地掌握庫存的真實數據，合理保持和控制倉庫中的物件庫存。系統具有定位管理功能，快捷掌握所有庫存貨物當前所在位置，有利于提高倉庫管理的工作效率。本文針對某大型設備維修廠進行了功能設計及實現。

系統由硬件和軟件組成。設計在每個貨物包裝表面粘貼RFID電子標簽，可存儲相關貨物種類、數量等信息；在倉庫貨架上安裝固定式讀寫器，用于倉庫貨物數量的監控、定位和自動盤點。每臺固定式讀寫器配帶多支天線，每支天線有唯一的地址碼；讀寫器可以和標簽遠距離通信，讀寫貨物包裝表面的RFID電子標簽所記錄的內容，同時讀寫器可以通過網絡等實時上傳數據至服務端。

1.1 系統硬件

基于RFID倉庫管理系統的硬件是由固定式RFID讀寫器、手持式RFID讀寫器、桌面式RFID發卡器、RFID電子標簽、用戶終端、輸出終端和服務端等組成。在不同的應用環境下可選擇不同特點的硬件產品，靈活部署RFID應用，相互之間提供簡易的集成和豐富的應用程序支持，保證RFID業務效率最大化。

（1）固定式RFID讀寫器：一般配置4支天線，并安裝在貨架的傳動帶上，自動讀取和監控貨架上的電子標簽信息；

（2）手持式RFID讀寫器：通過人工方式對電子標簽信息進行讀取和監控；

（3）RFID電子標簽：每個標簽具有唯一的編碼，根據需求標識某一具體的貨物個體，本系統采用無源標簽，可重復使用；

（4）桌面式RFID發卡器：作為發卡設備，對電子標簽中用戶數據區的數據進行讀寫，并可設定密碼，鎖定數據區，防止改寫電子標簽內的數據；

（5）用戶終端：負責備品備件及儀器儀表出庫、入庫、借用、歸還、信息查詢、數據錄入等日常操作；

（6）打印機：負責標簽打印，單據打??；

（7）服務端：負責信息存儲、邏輯處理等。

系統拓撲如圖1所示。

圖1 系統拓撲圖

1.2 系統功能

基于RFID的倉庫管理系統可對倉庫貨物的入庫、出庫、庫存盤點等各作業環節的數據進行采集和統計，并對貨物精確定位，及時掌握倉庫的動態信息以及對貨物的移位等報警，實現倉庫的智能化管理。

1.2.1 基礎數據維護管理

（1）標簽維護管理：所有貨物需粘貼標簽入庫，對貨物系統管理；

（2）讀寫器維護管理：讀寫器的添加、刪除、讀寫器名稱修改、IP地址修改、連接方式選擇、添加安裝位置等。

1.2.2 出入庫管理

（1）入庫申請管理：用戶填寫貨物名稱、型號、數量、入庫人員等信息，可支持批量錄入，提交領導審批后，錄入數據庫備案。

（2）出庫申請管理：用戶填寫貨物名稱、型號、領用人、領用部門、數量等信息，提交領導審批后，由倉庫管理工作人員錄入數據庫備案。

（3）借用申請管理：用戶填寫借用貨物、貨物名稱、型號、借用人、借用部門、數量等信息，可支持批量錄入，提交領導審批后，工作人員對貨物檢查合格后，簽字確認錄入數據庫備案。

（4）歸還申請管理：用戶在系統中查找原借用申請單，在歸還部分填寫需歸還的貨物名稱、型號、歸還人員、數量等信息，提交領導審批后，錄入數據庫備案，由倉庫管理工作人員確認。

（5）續借申請管理：用戶在系統查找原借用申請單，在續借部分填寫續借貨物名稱、型號、借用人員、數量等信息，提交領導審批后，由倉庫管理工作人員確認，錄入數據庫備案。

（6）歸還提醒管理：對到期未歸還的貨物通過郵件方式提醒。

1.2.3 倉庫狀態

通過倉庫貨物狀態管理可實時查詢貨物的庫存狀態。并且當某一值低于所設定閥值時，會以報表的形式報警提示，此報表可下載，可實時查詢設備在庫及借出狀態。

1.2.4 貨物定位管理

通過查詢某一貨物，可以可視化顯示貨物位置，定位貨物所在貨架的層次。

1.2.5 盤點功能

定期盤點倉庫貨物，生成盤點報表，并與數據庫中的統計數據進行對比，得出盤點報告，對不正常情況進行通報。

通過使用手持式讀寫器，可按日期、類別、部門進行盤點；盤點結果可選擇打印全部或者部分特定信息。

1.2.6 報警管理

（1）對貨物進出倉庫進行監控和登記，對未履行進出大門手續的貨物通過聲光報警提醒。

（2）聲光報警設置。在倉庫大門附近及倉庫管理員電腦終端聲光報警提醒。

（3）貨物放置在A貨架上，如果該貨物從A貨架移動到B貨架，在啟動天線掃描標簽后系統會發出報警信號，提示貨物位置改變。

1.2.7 用戶權限管理

（1）支持用戶設定管理：能夠新增用戶，修改用戶，設置用戶基本信息，設置用戶單位部門，設置用戶角色群組。

（2）能夠修改密碼、設置角色群組。

（3）支持菜單權限設置和控件權限設置?？筛鶕巧航M，設置哪些角色群組有菜單權限；可根據角色群組設置哪些角色群組可使用控件權限。

1.3 系統工作流程設計

系統工作流程主要包括入庫流程、出庫流程和盤點流程。

1.3.1 入庫流程

（1）倉庫管理人員填寫入庫申請單，經領導批準入庫；

（2）倉庫管理人員接到入庫通知后，根據入庫申請單信息填寫入庫信息；

（3）根據貨物類型和數量通過桌面式發卡器制作電子標簽：小件貨物使用整件直接粘貼標簽，大件貨物在包裝箱上直接粘貼標簽。

（4）核對貨物后，放置在運送工具上，根據規格擺放在制定的貨架上，入庫完畢。

1.3.2 出庫流程

（1）倉庫管理人員填寫出庫申請單，經領導批準后出庫；

（2）倉庫管理人員接到出庫通知后，根據出庫申請單信息填寫出庫信息；

（3）倉庫管理人員通過手持式讀寫器登錄系統，下載領用單信息，并掃描出庫物體的電子標簽，系統提示確認出庫，將貨物放置的運送工具上，出庫時系統通過讀卡器提示本次出庫單是否全部出庫完畢，并回收電子標簽。

（4）倉庫管理人員通過手持式讀卡器提交確認出庫單，出庫完畢。

1.3.3 盤點流程

（1）倉庫管理人員登錄系統，生產盤點清單。倉庫管理人員可根據實際情況選擇自動盤點或人工盤點；

（2）自動盤點：根據清單啟動自動盤點，通過固定式讀卡器，自動盤點貨架貨物；

人工盤點：盤點清單下載到手持式讀卡器上，根據清單用手持式讀卡器盤點貨物，生產盤點結果清單，盤點結果同步到服務端的數據庫上。

（3）盤點結果匯總，盤點結束。

2 系統實現

基于RFID的倉庫管理系統主要涉及倉庫布局設計和軟件平臺設計。倉庫布局設計應能夠方便倉庫業務操作，如出入庫、盤點、貨物移位等。此外，還需考慮整個空間的布局，包括貨架、分揀區和工作區，并保證RFID技術能夠貫穿業務操作的每個環節。本系統以某大修廠倉庫為研究對象，倉庫長19.2 m，寬15.7 m，總面積為301.44 m2，倉庫設計安裝16個RFID固定式讀寫器，其布局如圖2所示。

圖2 倉庫布局

軟件平臺采用B/S架構，方便用戶遠程操作，軟件各功能模塊均與數據庫相關聯。數據庫選用SQL Server2008，采用Web Service接口技術，實現了系統功能模塊的主要功能，包括入庫、出庫、借用、歸還、庫存盤點等管理和信息查詢、數據報表及可視化、打印等，如圖3所示。系統可以對接企業的EPR系統和OA系統，以及第三方信息平臺。報警管理界面如圖4所示。

圖3 主界面

圖4 報警管理界面

3 系統測試

通過搭建一套測試環境，登錄軟件平臺，測試系統的功能。以貨物定位和移位報警為例，在實驗環境下驗證。測試過程中有幾個關鍵問題：固定式讀寫器的天線功率對識別標簽的影響；是否能夠不受金屬貨物的影響，自動識別粘貼在金屬貨物上RFID電子標簽的，在貨物移動或者異常出庫時是否自動報警。

測試環境中，兩個貨架（分別為A，B）高度均為3 m，每個貨架安裝兩臺固定式讀寫器，每臺讀寫器配置4個平板天線，通過帶傳動機構自動掃描貨架上的電子標簽，如圖5所示。在出庫門上安裝一臺固定式讀寫器。普通貨物粘貼一般無源電子標簽，在金屬貨物上粘貼抗干擾的電子標簽。

圖 5 貨架

由于貨物進出庫房時電子標簽的方向存在不確定性，為保證標簽的準確性與效率，不被誤讀、漏讀，采用圓極化天線從不同方向進行標簽的讀寫。天線的類型、增益可根據現場應用環境與讀寫距離的要求調整，保證讀寫功能的實現。

登錄倉庫管理系統的軟件平臺，對貨物進行定位。先把貨物擺放在貨架上（貨物包含有金屬貨物和非金屬貨物），然后在系統里標定貨物的位置，通過帶傳動帶動固定式讀寫器的平板天線，對貨架上的貨物進行上-下-上掃描，將掃描結果與原標定的貨物位置進行比對，系統自動顯示匹配結果。在前期實驗過程中，常出現誤讀或者漏讀。由于室內復雜環境電磁波的干擾和信號的多徑效應等使得室內定位技術的研究存在諸多難點，采用RFID室內定位技術對電子標簽和讀寫器進行合理布置，定位算法和防碰撞算法的混合應用以及RFID本身硬件性能的提升等都使得 RFID定位精度得以提升[6]。

經過分析，由于平板天線的增益過大或不足，會導致讀寫距離出現差錯。因此調整天線增益和電子標簽擺放規則，解決了誤讀和漏讀的問題。

在移位測試過程中，從A貨架中隨意抽去貨物，擺放在B貨架上，登錄軟件平臺對貨物進行定位掃描，彈出報警信息：顯示A貨架上有貨物缺失，放置在B貨架上。

在出庫測試過程中，隨意從A或者B貨架提取貨物出庫，當通過庫房時，系統軟件自動彈出報警信息：顯示某貨物異常出庫。

最終測試結果表明，系統能夠實現貨物定位、移位報警和異常出庫報警等，達到設計要求，提升了倉庫管理效率。

4 結 語

基于RFID技術倉庫管理系統，除了實現常規庫房出入庫管理之外，還能實現倉庫的自動化盤點，不需要倉庫管理人員現場干預，減少人工作業，提高了倉庫管理效率。其次，倉庫貨物的定位和移位報警等功能，能夠實時準確地實現貨物的可視化管理。此外，系統采用可回收和重復利用的電子標簽，降低了建設成本。隨著RFID技術的發展，相信倉庫管理系統將更加精細化和智能化，此外，RFID定位技術將會有更廣闊的應用前景，也必定會在未來的物流管理中得到更多的關注與重視[7]。

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